Теория термоизмерений

Резистивные датчики температуры (РДТ) основаны на эффекте зависимости проводимости материала от температуры, которая выражается в виде температурного коэффициента сопротивления (ТКС). Датчики, реализованные на основе металлов, имеют положительный ТКС, датчики на полупроводниках и оксидах чаще всего отрицательный ТКС. Например, платиновый РДТ имеет следующую характеристику изменения сопротивления от температуры:

где t — температура в градусах Цельсия, R₀ — температура датчика при 0°С.

Если при температуре 0°С сопротивление датчика равно 100 Ом, то при температуре 200°С сопротивление датчика равно 175,84 Ом.

Для медного РДТ характеристика изменения температуры равна:

Для измерения сопротивления могут использоваться различные схемы. Одна из самых распространенных схем — это питание датчика постоянным током и измерение падения напряжения на резисторе. Для увеличения точности и снижения влияния окружающих помех ток желательно выбирать большим. С другой стороны при большом токе на самом резисторе рассеивается большая мощность и это может приводить к искажениям измерения температуры. Например, при питании датчика током 5 мА на резисторе 175,84 Ом падает 789,2 мВ. Изменению температуры на 0,1 градуса Цельсия примерно соответствует изменение падения напряжения на 0,2 мВ. Для того, чтобы зарегистрировать изменения на уровне 0.2 мВ измеритель напряжения должен иметь разрешающую способность не хуже 0,05 — 0,1 мВ. При этом дрейф нуля измерителя напряжения также не должен превышать 0.1 мВ. Если измеритель напряжения реализован на основе аналого-цифрового преобразователя (АЦП), то необходимое количество разрядов должно быть равно 14-16 битам.

Термисторы с отрицательным ТКС обладают нелинейной зависимостью сопротивления от температуры, которую можно аппроксимировать несколькими вариантами уравнений, например уравнением вида:

где t — температура в градусах Кельвина, t₀ — температура калибровки, R₀ — сопротивление при температуре калибровки, β — характеристическая температура материала, лежит в пределах от 3000 до 10000 K.

Для измерения сопротивления термистора используется такая же схема измерения, что и для резистивного датчика температур. В этом случае также необходим 16-разрядный аналого-цифровой преобразователь.